УЧЕБНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС БЕСПИЛОТНОЙ АЭРОФОТОСЬЕМКИ РАСТИТЕЛЬНОСТИ CAMIRGREEN2 ПО ЗАКАЗУ МИНУСИНСКОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО КОЛЛЕДЖА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 629.735.7

УЧЕБНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС БЕСПИЛОТНОЙ АЭРОФОТОСЬЕМКП РАСТИТЕЛЬНОСТИ CAMIRGREEN2 ПО ЗАКАЗУ МИНУСИНСКОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО КОЛЛЕДЖА

Д. А. Хлыновский, Д. А. Годовалов

*

Научный руководитель - М. В. Титович

Красноярский политехнический техникум Российская Федерация, 660079, г. Красноярск, ул. А. Матросова, 20 *E-mail: [email protected]

Описан состав учебно-производственного комплекса на базе малогабаритного складного беспилотного воздушного аппарата (БВА) для аэрофотосъемки полей с целью обучения студентов, преподавателей и мастеров производственного обучения

Ключевые слова: беспилотная мобильная платформа, квадрокоптер, мулътиспектралъная аэрофотосъемка.

TRAINING AND PRODUCTION COMPLEX OF UNMANNED AERIAL PHOTOGRAPHY OF VEGETATION CAMIRGREEN2 ON THE ORDER OF MINUSINSKY AGRICULTURAL COLLEGE

D. A. Khlynovsky, D. A. Godovalov Scientific supervisor - M. V. Titovitch

Krasnoyarsk Polytechnic College 20, A. Matrosova Str., Krasnoyarsk, 660070, Russian Federation *E-mail: [email protected]

This article describes the composition of the training and production complex on the basis of a small-sized folding unmanned aerial vehicle (BVA) for aerial photography offields for the purpose of training students, teachers and masters of industrial.

Keywords: unmanned mobile platform, quadrocopter, multispectral aerial photography.

Целью проекта является разработка и изготовление учебно-производственный комплекса на базе малогабаритного складного беспилотного воздушного аппарата (БВА) для аэрофотосъемки полей с целью обучения студентов, преподавателей и мастеров производственного обучения технологиям точного земледелия с возможностью использования в промышленных условиях по заказу Минусинского сельскохозяйственного колледжа.

Новизна и актуальность проекта:

1. Складной оригинальный корпус, позволяющий получить транспортную размерность БВА 310^330x170 мм (при размере рамы 550 мм по диагонали), что позволяет использовать для переноски стандартный алюминиевый кейс размером 455x330x152 мм.

2. Складывание-раскладывание БВА происходит без применения какого-либо инструмента.

3. Оригинальное безуголковое крепление шасси к раме.

4. Доработанная облегченная рама, выполненная из карбоновых пластин 1,5 мм толщиной

5. Проведены производственные испытания в реальных условиях в Сухобузимском и Минусинском районах.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 3

6. Получены актуальные карты вегетационного индекса на опытом поле Красноярского аграрного университета (пос. Борский) [1].

Область применения результатов. В учебных целях: учреждения среднего, высшего образования, организации, предоставляющие услуги дополнительного профессионального образования Красноярского края. В производственных целях: агропромышленные комплексы, крестьянско-фермерские хозяйства, личные подсобные хозяйства, занимающиеся выращиванием узколистных (злаковых) культур.

Достигнутые результаты. Первый этап: Изготовление складного БВА для задач аэрофотосъемки с/х территорий. Проведение натурных испытаний в различных климатических условиях. Выбор типа сенсора и режимов съемки (настройки оптической системы, скорость полета, высота съемки, перехлест изображений, выдержка и калибровка снимков). В оптимизация методики картирования площадей с агрокультурами, поиск набора вегетационных индексов, наиболее коррелирующий с искомыми показателями состояния посевов (урожайность, контраст неоднородностей и др.). Второй этап: Создание и публикация единой методики для мониторинга состояния растительности с использованием БВА, включающее в себя методику настройки, эксплуатации, ремонта БВА, требования к компетенциям обслуживающего персонала, процедуру регистрации БВА, получения разрешения на полеты, настройки ПО, алгоритмы и последовательность их применения, обучающие уроки.

Исходными данными для получения цифровых агрокарт (вегетационного индекса, урожайности, дифференцированного внесения удобрений) являются мультиспектральные аэрофотоснимки [2], имеющие разрешения 2-4 см, полученные с помощью камеры Mapir Syrvey 3 (США) [3], установленной на БВА, который выполняет полет в автоматическом режиме по рассчитанной траектории над заданным полем. Съемка ведется также в автоматическом режиме через равные промежутки времени. Высота полета 190 метров, скорость 7 м/с, длительность 40 мин. Площадь сканированного поля - 100 га за полет. Количество полетов в день - 5. Погодные требования: ветер до 10 м/с, отсутствие осадков, достаточная освещенность. Количество полученных снимков за полет около 200 в ближней ИК (NIR) области и такое же количество в видимом (RGB) диапазоне. Разрешение снимков 4 К. С помощью проприетарного ПО MetaShape формируются ортофотомозаики поля в нескольких спектральных диапазонах. Путем дальнейшей обработки изображений с помощью свободного ПО Quantum GIS, последовательно формируются карты вегетационного индекса, урожайности, дифференцированного внесения семян и агрохимикатов. БВА (см. рисунок) обладает высокой прочность конструкции, выполненной из углепластика (листового 1,5 мм карбона отечественного производства без фасонных объемных деталей) с возможность изготовления и замены частей корпуса без заказа уникальных деталей у производителя (к БВА прилагается NS файл для станка с ЧПУ), ремонтные детали возможно изготавливать из доступного листового стеклотекстолита 1.5 мм. толщиной [4]. Технические характеристики БЛА CamIRGreen: база корпуса - 550 мм, максимальный взлетный вес - 2,5 кг, грузоподъемность - 1 кг, полетное время - 40 мин, рабочая высота съемки - 150-190 м, уровень пылевлагозащищенности - IP 53, выполнение полетного задания при постоянном ветре до 5 м/с (с порывами до 10 м/с), позиционирование в пространстве по GPS/EroHACC/Galileo/Bei Dou с точностью 1.2 м, дальность телеметрии 1 км, автоматический полет по точкам, max скорость 40 км/ч, скорость вертикального подъема 5 м/с, вес пустого БЛА - 1.5 кг, время заряда батареи - 40 мин, температурный режим от -20 до 40°С. Настройка летных параметров БВА и планирования маршрутов полетов со съемкой территории в автоматическом режиме осуществляется в бесплатном ПО Mission Planner (ARDUPILOT) [5]. Низкие требования к квалификации обслуживающего персонала. Маркировка - нанесение легко читаемого учетного номера в трех местах корпуса БВА. Отдельные условия хранения для литий-полимерной батареи - использование огнеупорного

кейса. Себестоимость эксплуатации снижена до 10 руб/га, низкие требования к квалификации обслуживающего персонала, транспортировка в малогабаритном кейсе 455x330^152 мм (см. рисунок).

Данный проект поддержан Краевым фондом науки.

Беспилотный воздушный аппарат CAMIRGREEN2, кейс, маркировка

Библиографические ссылки

1. Титович М.В. и др. Разработка платформы БВА CamIRGreenl для задач картирования территорий с высоким разрешением/ Материалы VI Международной научной конференции. Красноярск 2019. Сибирский федеральный университет, стр. 59, страниц 355.

2. Картирование NDVI [электронный ресурс]. URL: http://altumgeo.ru/products/karta-ndvi/ (дата обращения 1.4.2020 г.)

3. Мультиспектральная камера Mapir Surwey3 [электронный ресурс]. URL: https://www.mapir.camera/collections/survey3 (дата обращения 1.4.2020 г.)

4. Усынина А.Г., Акимов P.E. Титович М.В. и др. Универсальная беспилотная платформа (БПЛА) [Электронный ресурс] : сб. материалов XIV Междунар. науч.-практ. конф., (09-13 апреля 2018 г., Красноярск) : в 3 т. Т. 3. - под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; СибГУ им. М. Ф. Решетнева. - Красноярск, 2018. Режим доступа: https://apak.sibsau.ru/page/materials

5. Программа планирования полета Mission Planner [электронный ресурс]. URL: http://ardupilot-mega.ru/wiki/arducopter/install-mission-planner.html (дата обращения 1.4.2020 г.)

© Хлыновский Д. А., Год овалов Д. А., 2020